寄生切角極化可重構微帶貼片天線(xiàn)

1 引言

微帶天線(xiàn)以其低輪廓、重量輕、低成本和易于電路集成等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應用于各種無(wú)線(xiàn)通信系統。而且，線(xiàn)極化微帶天線(xiàn)通過(guò)引入附加的微擾單元很容易產(chǎn)生圓極化輻射。最近極化可切換的極化可重構微帶天線(xiàn)引起了極大的關(guān)注。這類(lèi)天線(xiàn)在無(wú)線(xiàn)通信系統多系統工作、頻率復用和克服信號多徑衰落等方面非常有效。其中，多數設計都是在輻射貼片和附加微擾單元之間直接加入PIN開(kāi)關(guān)二極管或場(chǎng)效應管等開(kāi)關(guān)器件，通過(guò)開(kāi)關(guān)器件來(lái)改變主輻射貼片和微擾單元的電連接特性，從而使天線(xiàn)具有不同的極化工作特性。

本文提出了一種新的極化可重構微帶貼片天線(xiàn)設計方案。該設計采用微擾法實(shí)現天線(xiàn)的圓極化輻射特性，天線(xiàn)不僅能夠以左旋(LHCP)或右旋(RHCP)兩種不同的圓極化方式工作，而且其極化工作方式也能在圓極化(CP)和線(xiàn)極化(LP)之間相互切換。此外，該寄生切角極化可重構微帶貼片天線(xiàn)由于其自身特點(diǎn)和結構，省去了多數極化可重構天線(xiàn)中用到的防止直流信號進(jìn)入射頻通路的隔直電容。

2 天線(xiàn)結構

本文提出的微帶貼片極化可重構天線(xiàn)，通過(guò)引入寄生切角作為微擾單元實(shí)現圓極化，具體結構如圖1所示。該天線(xiàn)4個(gè)寄生切角結構完全相同，切角與主輻射貼片的間隙很小。這些切角通過(guò)PIN開(kāi)關(guān)二極管與接地過(guò)孔和地板相連。開(kāi)關(guān)處于截止狀態(tài)時(shí)，寄生切角等效為并聯(lián)電容，呈現容性；而當開(kāi)關(guān)導通時(shí)，寄生切角等效為電感，呈現感性。

通過(guò)適當設計寄生切角的位置、大小和切角與主輻射貼片的縫隙間距，能夠在天線(xiàn)中激勵起兩個(gè)幅度相等、相位相差±90°的正交工作，從而實(shí)現圓極化輻射特性。改變PIN開(kāi)關(guān)二極管的開(kāi)關(guān)狀態(tài)，可以使得這兩個(gè)工作模式的相位在＋90°和－90°之間切換，從而使天線(xiàn)極化方式能夠在左旋圓極化(LHCP)、右旋圓極化(RHCP)之間切換。

由于天線(xiàn)采用寄生切角的方式來(lái)產(chǎn)生圓極化輻射，切角與主輻射貼片之間的縫隙起到了直流饋電網(wǎng)絡(luò )RF與直流隔離作用，因此省去了多數設計中用到的隔直電容。

為了向PIN開(kāi)關(guān)二極管提供直流偏置電壓，從4個(gè)寄生切角引出4條直流偏置引線(xiàn)。為減小直流引線(xiàn)對天線(xiàn)的影響，在引線(xiàn)離寄生切角1/4工作波長(cháng)處通過(guò)大電容C₁、C₂、C₃和C₄接地，如圖1所示。對天線(xiàn)工作頻率來(lái)說(shuō)，在引線(xiàn)的1/4工作波長(cháng)處近似短路，經(jīng)過(guò)1/4波長(cháng)阻抗變換，引線(xiàn)在與寄生切角相接的位置近似開(kāi)路，從而能夠近似忽略引線(xiàn)的影響。此外，天線(xiàn)采用微帶側饋方式饋電，并通過(guò)阻抗變換線(xiàn)，實(shí)現阻抗匹配。